近30年南京市浅层地温场变化规律研究

在收集南京市单一观测站点近50年气温资料和近30年浅层地温数据的基础上,对南京市地温变化趋势及其与气温变化的相关性进行了分析,对不同深度定时地温变化、日均地温伞年变化、地温日较差变化等进行了比较,同时也对地温变化对城市浅层土工程性质可能带来的影响进行了分析.结果表明:地温场与气温场变化规律基本一致,但存在一定的滞后现象;南京市月均地温变化规律基本相同,最高值出现在7,8月份,最低值出现在1,2月份;近30年来浅层地温场总体呈现上升趋势,其中地表上升最大值达2.8℃,0～20 cm土层温度变化幅度比较接近,上升最大值达2.0℃,40 cm处最大值达1.75℃;30年来地表最大温差高达84.5℃,40 cm深度最大地温差也超过27.5℃,因此多年地温变化对城市浅层土工程性质的影响不容忽视.     

1961-2015年山东省济宁市地温与气温变化的相关分析

土壤温度直接影响着作物的生长,在气候变暖的大背景下,研究地面浅层下温度的变化,对指导农业生产意义重大。利用1961-2015年济宁国家级气象站气温和0～20cm地温资料,采用气候倾向率、累积距平、信躁比、蒙特卡罗检验等统计方法,对气温和地温的年、季变化和气候突变及异常特征进行相关分析。结果表明：年、季平均气温和地温均呈极显著增温趋势,增幅为0.18～0.58℃·（10a）^-1,地温增幅小于气温,地温春季增幅最大,气温冬季增幅最大。年平均地温与气温呈极显著正相关,相关系数均在0.87以上,其中20cm地温与气温的相关系数最大为0.93,5cm最小为0.87,春季最大,冬季最小。气温极值的变化与地表温度极值的变化相关性极为显著,平均最低值的相关系数最高。年平均气温和15cm、20cm平均地温在1986年、0cm平均地温在1993年发生了突变,突变前为冷期,突变后为暖期,自20世纪80年代末以来,气温与20cm地温的变化规律最为接近。四季中,气温与0cm地温的异常年份具有较好的一致性;春、夏、秋三季地温和气温分别在2014年、2013年、1998年异常偏高,冬季地温异常年份受气温异常的影响最小。     

全球土壤湿度的记忆性及其气候效应

利用1948-2010年全球GPCC月平均降水,GHCN_CAMS月平均气温资料,GLDAS-NOAH月平均、3h土壤湿度和降水资料以及观测资料,分析了土壤湿度与降水和气温之间的关系。结果表明：全球土壤湿度记忆性的时间尺度在20~110d不等,干旱地区浅层（0~10cm）土壤湿度记忆性较短,中深层（10~200cm）较长,湿润区及高山地区土壤湿度记忆性均较长,北半球春季土壤湿度记忆性最长,南半球夏季土壤湿度记忆性最长;降水和气温对同期土壤湿度在不同地区的作用不同,北半球夏、秋季降水是土壤湿度的主要来源,除非洲干旱区以外的中低纬度地区及南半球,土壤湿度随降水的增加而增加,随气温的升高而减小;浅层土壤湿度受同期降水和气温的影响最为显著;前期降水和气温对土壤湿度的影响存在着较大的空间差异,北半球中高纬度地区,当年的夏、秋季降水是次年春季土壤湿度的主要来源,中层土壤（10~100cm）是降水的主要存储层。浅层土壤受外界影响较大,对前期气候信息的存贮有限。中低纬度地区及南半球,中深层土壤更多地是存储前一个季节的气温和降水信息,对跨季节气候信息的存储并不明显;低纬度地区春季土壤湿度的增加可能有利于后期降水的增多,高纬度地区春季土壤湿度的增加可能使后期降水减少,在季节尺度上中层土壤湿度对后期的降水影响较明显,在月至日尺度上浅层土壤湿度对后期降水的影响更重要;春季干旱区尤其是中层土壤湿度的增加可能有利于夏季气温的降低。     

青藏高原那曲中部土壤温湿分布特征

青藏高原土壤水热状况对气候变化和植被退化方面的研究具有重要意义,土壤湿度的准确刻画还会影响到数值预报模式对当地及其下游地区降水的模拟能力。为此,采用中国科学院那曲高寒气候环境观测研究站安多观测点2014年1—12月的土壤温度、土壤湿度观测资料以及同期安多气象站观测数据,分析了青藏高原那曲中部不同深度土壤温湿度的分布特征及其与气温、降水量等气象要素的关系。结果表明：土壤温度在浅层为正弦曲线,随着土壤深度的增加,曲线逐渐接近直线。土壤升温迅速而降温过程缓慢。封冻和解冻日期随土壤深度的增加而推迟,封冻期逐渐缩短。不同层次土壤湿度日内变化较小。月变化呈单峰型结构,峰值和谷值基本出现在8月和12月。土壤湿度上升速率较下降速率缓慢。区域尺度上GLDAS-NOAH资料显示出类似的变化特征。土壤温湿度在一年中的变化不一致,但土壤温湿度呈显著正相关。浅层土壤的温度梯度明显大于深层;浅层土壤湿度最大,中间层较大,深层土壤湿度最小。随着干季向湿季的转换,由于太阳辐射的增加,非绝热加热呈增加的趋势。土壤湿度与气象要素在不同时段的相关性存在一些差异,但总体上土壤湿度与气温、降水量和相对湿度呈正相关,与风速、日照时数相关性不显著。     

长江源多年冻土区典型小流域水文过程特征研究

基于长江源风火山多年冻土区典型小流域2004-2007年的观测资料,运用回归和统计分析方法,探讨了气温、地温、降水、土壤水分与径流的响应关系.结果表明:5-9月为研究流域的水文过程活跃期,该时段的径流量占全年总径流量的85%;径流过程中存在春汛和夏汛,夏汛洪峰值明显高于春汛.径流过程中不同时段具有不同的影响主导因子,春汛期主要是65 cm以上的土壤温度和水分起主导作用;夏季枯水期40 cm以上土壤水分与径流是负相关,深层地温和土壤水分起主导作用;夏汛期气温、降水起主导作用;秋季枯水期的影响因子依次为土壤温度、水分及气温.多年冻土区降水大部分冻结在土壤中或者用来补充土壤水分的亏缺,不能直接产流,只有在春汛和夏汛期间与径流保持一定的相关关系.     

基于2001—2015年遥感数据的天山山区雪线监测及分析

基于2001—2015年MOD10A1/MYD10A1、MOD13Q1以及相关气象数据,采用积雪持续时间比率法,监测了天山山区的季节雪线高程,分析了其变化特征及影响因子。结果表明:①近15年天山山区雪线整体呈显著上升趋势,平均高程3 680 m左右,其中,北坡、伊犁河谷、南坡季节雪线的稳定性依次减弱,平均高程分别为3 620 m、3 390 m及3 820 m;空间上雪线高程呈现南高北低、东高西低的纬度地带性分布特点。②年际尺度上,气温是影响天山山区雪线高程的主控因素,呈显著正相关,南北坡与之相同,但伊犁河谷则降水是影响其变化的主控因素,呈显著负相关;季节尺度上,夏季气温、冬季降水是影响雪线高程的主控因素,降水与其呈负相关,但气温较高的地区,夏秋季降水会促进积雪融化,使雪线高程上升;月尺度上,7月气温、1月降水对其影响最明显,且存在一定的滞后反应。③天山山区雪线高程比零度层低800 m左右,两者呈较好正相关;雪线高程与NDVI（Normalized Difference Vegetation Index）呈负相关,植被覆盖较好区域,同年NDVI与雪线高程相关性较好,植被覆盖较差区域,前一年NDVI与其相关性较好。     

新疆冬春季积雪及温度对冻土深度的影响分析

利用新疆64个气象台站1960-2010年的气象资料,分析了新疆50 a来冻土深度的变化趋势,并讨论了温度（平均地温、平均气温）、降水（冬春季年降水、平均积雪深度）与冻土深度（平均冻土深度、最大冻土深度）的相关关系. 结果表明：以10 a时段的年代际变化分析,新疆50 a来平均冻土深度和最大冻土深度均呈明显减小趋势. 50 a来平均冻土深度全疆、北疆、南疆分别减小了约7 cm、10 cm、4 cm,最大冻土深度则分别减小了约11 cm、16 cm、9 cm. 新疆50 a来平均气温和平均地温均呈波动上升趋势,且与冻土深度均有着良好的相关性,其与平均冻土深度的相关系数分别达到了-0.67、-0.77,与最大冻土深度的相关系数也分别达到了-0.51、-0.65,地温与气温的上升对应着冻土深度的减小. 新疆冬春季年降水与冻土深度有着较好的相关性,其与平均冻土深度、最大冻土深度的相关系数分别达到了-0.40、-0.37. 新疆的平均积雪深度与冻土深度也有着一定的弱相关,其原因与积雪对地面的保温作用有关.     

喜马拉雅山北坡冰碛湖坝温度特征及其对堤坝稳定的影响

堤坝稳定性是评价冰湖溃决危险性的重要指标, 而堤坝的温度特征与其稳定性密切相关. 基于2012年11月-2013年9月对西藏定结县龙巴萨巴湖冰碛坝的0~150 cm不同深度的温度观测数据, 分析冰碛坝地温变化特征及其影响. 结果显示: 冰碛坝表层(<20 cm)地温与气温变化一致, 温度日变化常出现白天为正温梯度而夜间为负温度梯度的特征, 全年日均梯度一般为负温梯度(上部温度高、下部温度低); 中层(20~100 cm)和深层(>100 cm)表现为冬季下层温度高于上层温度的正温梯度, 夏季下层温度低于上层的负温梯度逐渐加强, 但地温日变幅逐渐减弱; 中间层地温变化不到气温变化幅度的1/5~1/10; 深层地温无明显的日变化. 冰碛坝的消融率约为2.1 cm·d^-1, 夏季消融深度超过250 cm. 现有夏季消融深度对堤坝的稳定影响有限, 但是湖盆区如果持续升温, 冰碛坝冻土的年消融率和消融深度都将增大, 致使堤坝稳定性下降, 溃决风险增大.     

渭河流域西部季节冻融对浅层非饱和土壤水热变化的影响

以黄土高原渭河流域西部黄土丘陵沟壑区为研究区域,建立了野外观测场地,对该区域浅层非饱和土体冻融过程及水热运移规律对气候作用的响应过程进行了研究与分析。结果表明：气温对地温及地温变幅的影响随深度增加而迅速衰减,地温振幅随深度增加按指数规律衰减且温度波的相位随深度的增加而滞后,地表下200 cm深度以内地温振幅受气温影响较大。该区域裸露地表土壤的最大冻结深度在20～50 cm之间。在土壤冻结过程中,深层土壤未冻水逐渐向冻结层运移,导致深层含水量逐渐减少。不同深度土壤冻结系数随土壤深度的增加而减小,融化系数则相反。地表下50 cm深度以内的土体含水量受降水影响波动显著。土壤含水量与温度呈相似变化,地温峰值出现的时间总滞后于土壤水分,其变异程度均随土壤深度的增加而减小。     

辽宁省地温场结构及变化特征

以辽宁省为例,采用统计分析方法,根据辽宁省61个气象站1951-2013年0~320 cm地温资料,分析了季节性冻土区地温场结构和变化特征。结果表明：地温最冷月出现时间随着深度增加而推后,辽宁各地浅层地温最冷月基本均为1月,深层地温最冷月为1-5月,深度越深温度越高。地温最热月出现时间也随深度增加而推后,浅层地温最热月为7、8月,深层地温最热月为8-10月,深度越深温度越低。越深层地温受地表影响越小,320 cm深度与地表的月平均最大温差达到19℃左右,40 cm深度与地表的月平均最大温差仅在8℃左右。随着深度增加,地温的季节变化减小,沈阳320 cm深度地温年内温差不足8℃。5~80 cm深度3-8月为储能期,160 cm深度5-9月为储能期,320 cm深度6-10月为储能期。越接近地表,地温日变化越显著,40 cm以下深度基本可以忽略日变化。沈阳地温升高程度大于气温,以向大气输送热量为主。地表最冷月变暖率明显大于最热月,但随着土层加深各土层最冷月、最热月变暖的程度无明显规律。深层地温的年际变化有时会受到更深层热源的非气候扰动。地温变化对气候、冻土区域工程等的影响不容忽视。     

西藏浅层地温对气候变暖的响应

利用1971-2006年西藏13个站的0～20 cm浅层地温资料, 采用气候倾向率等现代统计诊断方法, 研究了近36 a来西藏年、季平均地温的变化趋势及气候突变. 结果表明: 西藏地表年平均地温绝大部分站点呈现显著的升高趋势, 升幅为0.26～0.91 ℃·(10a)-1, 以狮泉河升幅最大. 夏季10 cm平均地温, 改则以-0.28 ℃·(10a)-1的速率降低, 其它各站升幅为0.08～0.79 ℃·(10a)-1, 以江孜增温幅度最突出. 冬季10 cm平均地温除林芝变化趋势不大外, 其它各站均呈现显著的升温趋势. 就西藏平均而言, 年、季平均浅层地温表现为显著的升高趋势, 其中冬季增幅最大, 夏季最小. 绝大部分站点年、季浅层平均地温较同时期的平均气温增温幅度更明显, 年平均地温呈逐年代升高趋势, 20世纪70年代偏低, 90年代偏高. 昌都地区北部、林芝地区、泽当和日喀则年、季浅层地温从未发生突变, 其它大部分站点浅层年平均地温突变时间都发生在20世纪80年代中后期.     

黑龙江省春季浅层(0～20cm)地温变化特征及预报

利用1981-2012年黑龙江省74个气象观测站的气温、0 cm、10 cm、20 cm地温春季(3-5月)逐日资料,分析了黑龙江省春季浅层地温、气温变化特征.结果表明:0 cm地温年际间波动大,全省平均1987年最低,2008年最高;全省变化存在明显的空间一致性;尽管气候变暖使1990年代以后春季0 cm地温偏低年出现相对减少,但是出现春季浅层地温偏低的年份比例仍超过三分之一,并具有南部、北部反向变化的特征,2005年以后南北差异有减小的趋势.各地3月份开始解冻,主要农区10 cm地温稳定通过6℃的日期主要集中在4月中下旬.以10 cm地温为预报量,利用黑龙江省逐日气温、20 cm地温资料建立春季浅层地温预报模型,回代和2013年预报检验平均绝对误差平均为1.05℃,绝对误差最大值为1.9℃,4月份的预报结果要好于3、5月,可以应用于业务指导.     

昌马河流域气候变化与水文特性的关系研究

根据昌马堡水文站53年来定点观测的水文系列监测资料,分析以昌马河为代表的西北内陆河小流域内降水、蒸发、径流及泥沙的年际变化规律和地域分布的特点,揭示了气候变化和水文特性的关系。结果表明:受气温变化的影响,河川径流量呈现出显著的增加趋势。其中降水变化的趋势与径流增多的趋势并不完全一致,气温变化与径流的变化相关性较好。年增幅最大的是基流,达到1.92%;其次是非汛期径流量,年增幅达到1.87%;汛期径流年增幅最小,只有1.23%。证明祁连山区气温的升高加剧了终年积雪的消融、冰川溶化和冻土水的析出,增加了河川径流量。     

冀中山前农业区地下水位强降弱升特征与机制

针对冀中山前平原农业区浅层地下水位不断下降问题,采用时间序列异变特征和趋势分析方法,基于小时级、自记监测的地下水位动态资料,通过农业区灌溉期、非灌溉期地下水位变化程度的差异特征及机制研究,结果表明:该平原农业区浅层地下水位变化在主灌溉期呈"cm/d"级(大于1.0 cm/d)下降、非灌溉期呈"mm/d"级(小于1.0 cm/d)上升的特征,这些特征与降水量、年内降水分配状况及其影响的农业开采强度密切相关。前期降水偏枯,灌溉期地下水位下降过程线和年内水位上升过程线的大部分位于当地多年地下水位变化趋势线之下;前期降水偏丰,位于趋势线之上。农业集中开采是地下水位"cm/d"级下降特征的动因,厚大包气带是地下水位"mm/d"级上升特征形成的重要条件。     

云南大理地区1989—2019年期间气候变化及对洱海水质的影响

依据1989年至2019年云南大理地区所辖12个气象站点的气候数据和洱海水质监测资料等文献,分析大理地区气候变化特征和洱海富营养化变化趋势,并总结洱海水质综合营养状态指数与降水量、气温的相互关系。结果表明,1989年至2019年期间,大理地区的年平均气温呈波动上升趋势,气候变暖明显,冬季气温升温幅度最大;年降水量总体呈波动下降趋势,秋季降水量减少最为显著。洱海水质的综合营养状态指数及单因子总氮、总磷、高锰酸盐指数等总体呈升高趋势,而水体透明度呈降低趋势;进一步可分成2个阶段,即2003年之前呈快速上升或下降变化趋势;2003年之后呈波动稳定趋势。洱海综合营养状态指数与年平均气温呈正相关,与年降水量呈负相关关系;总氮、水体透明度分别与年平均气温正相关和负相关,与年降水量则呈负相关和正相关;而总磷与冬季平均气温、高锰酸盐指数与夏季或冬季平均气温均呈正相关关系。年内变化上,洱海污染指数、综合营养状态指数在最近的2015—2019年期间呈现6—10月份明显增高,显示非汛期水质明显好于汛期状况。总之,1989—2019年期间,受大理地区气温升高、降水量减少导致入湖水量减少的影响,洱海综合营养状态指数呈升高趋势,湖泊富营养化进程加剧状况没有得到改善,洱海水环境仍然比较脆弱。     

表层岩溶带土壤温度和体积含水率对夏季暴雨事件的响应

为揭示表层岩溶带土壤温度和体积含水率对暴雨事件的响应机制,利用HOBO土壤温度和体积含水率监测仪,连续监测2014年7-8月20 cm和70 cm土壤温度与体积含水率。结果表明:研究区域20 cm土壤温度呈日变化,这种日变化格局主要受到大气温度日变化的影响,70 cm土壤温度总体上呈上升趋势,主要受到夏季大气环流使气温升高的影响。夏季暴雨事件降低了20 cm深度的土壤温度、增加其土壤体积含水率,并且导致70 cm处土壤温度先增高后降低、土壤体积含水率升高。土壤体积含水率较低情况下,暴雨事件使得浅层较高温度土壤水快速向下移动引起升温,而后土壤体积含水率到达一定阈值后,便能够快速响应降水事件。研究表明,岩溶地区不同深度土壤温度和体积含水率受到夏季降水事件的影响存在差异。浅层土壤能够快速的响应暴雨事件,深层土壤温度和体积含水率对暴雨事件的响应不仅受到降水量阈值的影响,而且也受到表层土壤温度和体积含水率的制约。      

珠江流域降水周期特征分析

运用小波分析方法,研究了珠江流域全年、汛期(4～9月)和非汛期(10～翌年3月)三种降水序列时间周期演变特征,结果表明:(1)珠江流域不同区域降水周期不一,大体可分成三个片区,周期尺度分别为6～8a、12～14a和20～21a;(2)珠江流域全年与汛期降水周期以年际变化为主,且两者降水周期分布一致;非汛期降水周期以年代际变化为主,与全年及汛期的降水周期差异较大。     

新疆叶尔羌河冰川湖突发洪水对气候变化的响应

利用1961—2008年的气象-水文资料,探讨了气候变化与叶尔羌河流域冰川湖突发洪水的关系.采用非参数Wilcoxon统计检验和Kendall的τ关联检验分析温度、降水变化与洪峰流量量变化的关联性和一致性;用Mann-Kendall法对气温、降水和洪峰流量4000 m3.s-1突发性洪水的0℃层高度进行突变检验和趋势分析.结果表明:流域气温在1995年发生突变,且对冰川湖突发洪水发生起主导作用;降水突变不明显,对冰川湖突发洪水发生只起促进作用.自1880年以来,冰川湖突发洪水发生频率增加,与流域气温变化一致.1994年以来气温呈直线上升,洪水频率也呈显著增加趋势;冰川湖突发洪水发生频率与降水变化关系不明显;突发性洪水发生与其前8 d的0℃层高度显著上升密切相关.     

青藏高原春季土壤湿度与中国东部夏季降水之间的关系

应用SVD方法分析了青藏高原地区春季土壤湿度异常和中国东部地区夏季降水之间的关系.结果表明,青藏高原不同地区、不同深度的土壤湿度与中国东部夏季降水的相关特征不同.青藏高原东北部和西北部0~10cm深度(表层)土壤湿度与中国华北、东北地区的夏季降水为正相关,而与华南地区为负相关;青藏高原中部及南部0~10cm表层土壤湿度与华北地区夏季的降水有较强负相关;青藏高原北部及东部10~200cm深度(深层)土壤湿度与华北、东北地区的夏季降水为负相关,而与华南地区夏季降水为正相关;青藏高原中东部10~200cm深层土壤湿度与长江中下游和华南大部分地区夏季降水呈负相关关系.即青藏高原不同地区、不同深度层春季土壤湿度的变化,对中国东部地区的夏季降水具有显著影响.     

1951-2014年内蒙古地区气温、降水变化及其关系

内蒙古地域辽阔,气候复杂多变,研究气候因子变化对生态环境建设、水资源开发利用有一定借鉴意义。利用内蒙古地区及周边70个气象站点1951-2014年气温和降水资料,采用中心聚类、气候倾向率等方法,对气温、降水变化特征及其关系做了分析。结果表明：空间上平均、最低、最高气温年（季）变化均随纬度升高而降低,降水量与此趋势相反。各类气温年际变化均呈上升趋势,最低气温增温速率最快,西、中、东部气候倾向率分别达到0.427℃·（10a）^-1、0.442℃·（10a）^-1、0.395℃·（10a）^-1。各类气温在春、冬季增温明显,总体表明最低气温对气候变暖所做贡献最大。降水量年际波动较大,但总体趋势不明显。春季降水量呈缓慢增长趋势,其中中部增长速率最快[1.583 mm·（10a）^-1],夏季呈减少趋势。年降水量与年际各类气温均呈负相关,各分区年、季（除个别夏季）降水量与三类气温除个别阶段呈一致变化趋势外,其他年际呈反对称变化。气温不断升高,降水量的减少,使得研究区气候不断向暖干化趋势发展。